package com.zs.letcode.top_interview_questions;

import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Queue;

/**
 * 课程表 II
 * 现在你总共有 n 门课需要选，记为0到n-1。
 * <p>
 * 在选修某些课程之前需要一些先修课程。例如，想要学习课程 0 ，你需要先完成课程1 ，我们用一个匹配来表示他们: [0,1]
 * <p>
 * 给定课程总量以及它们的先决条件，返回你为了学完所有课程所安排的学习顺序。
 * <p>
 * 可能会有多个正确的顺序，你只要返回一种就可以了。如果不可能完成所有课程，返回一个空数组。
 * <p>
 * 示例1:
 * <p>
 * 输入: 2, [[1,0]]
 * 输出: [0,1]
 * 解释:总共有 2 门课程。要学习课程 1，你需要先完成课程 0。因此，正确的课程顺序为 [0,1] 。
 * 示例2:
 * <p>
 * 输入: 4, [[1,0],[2,0],[3,1],[3,2]]
 * 输出: [0,1,2,3] or [0,2,1,3]
 * 解释:总共有 4 门课程。要学习课程 3，你应该先完成课程 1 和课程 2。并且课程 1 和课程 2 都应该排在课程 0 之后。
 * 因此，一个正确的课程顺序是[0,1,2,3] 。另一个正确的排序是[0,2,1,3] 。
 * 说明:
 * <p>
 * 输入的先决条件是由边缘列表表示的图形，而不是邻接矩阵。详情请参见图的表示法。
 * 你可以假定输入的先决条件中没有重复的边。
 * 提示:
 * <p>
 * 这个问题相当于查找一个循环是否存在于有向图中。如果存在循环，则不存在拓扑排序，因此不可能选取所有课程进行学习。
 * 通过 DFS 进行拓扑排序 - 一个关于Coursera的精彩视频教程（21分钟），介绍拓扑排序的基本概念。
 * 拓扑排序也可以通过BFS完成。
 * <p>
 * 相关标签
 * 深度优先搜索
 * 广度优先搜索
 * 图
 * 拓扑排序
 * <p>
 * 作者：力扣 (LeetCode)
 * 链接：https://leetcode-cn.com/leetbook/read/top-interview-questions/x2a743/
 * 来源：力扣（LeetCode）
 * 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权，非商业转载请注明出处。
 *
 * @author madison
 * @description
 * @date 2021/6/15 12:05
 */
public class Chapter65 {
    public static void main(String[] args) {

    }

    private static class Solution {
        /**
         * 方法一：深度优先搜索
         */
        List<List<Integer>> edges;
        int[] visited;
        int[] result;
        boolean valid = true;
        int index;

        public int[] findOrder(int numCourses, int[][] prerequisites) {
            edges = new ArrayList<>();
            for (int i = 0; i < numCourses; i++) {
                edges.add(new ArrayList<>());
            }
            visited = new int[numCourses];
            result = new int[numCourses];
            index = numCourses - 1;
            for (int[] info : prerequisites) {
                edges.get(info[1]).add(info[0]);
            }
            // 每次挑选一个「未搜索」的节点，开始进行深度优先搜索
            for (int i = 0; i < numCourses && valid; i++) {
                if (visited[i] == 0) {
                    dfs(i);
                }
            }
            if (!valid) {
                return new int[0];
            }
            // 如果没有环，那么就有拓扑排序
            return result;
        }

        private void dfs(int u) {
            // 将节点标记为「搜索中」
            visited[u] = 1;
            // 搜索其相邻节点
            // 只要发现有环，立刻停止搜索
            for (int v : edges.get(u)) {
                // 如果「未搜索」那么搜索相邻节点
                if (visited[v] == 0) {
                    dfs(v);
                    if (!valid) {
                        return;
                    }
                }
                // 如果「搜索中」说明找到了环
                else if (visited[v] == 1) {
                    valid = false;
                    return;
                }
            }
            // 将节点标记为「已完成」
            visited[u] = 2;
            // 将节点入栈
            result[index--] = u;
        }

        /**
         * 方法二：广度优先搜索
         */
        public int[] findOrder1(int numCourses, int[][] prerequisites) {
            // 存储有向图
            List<List<Integer>> edges = new ArrayList<>();
            // 存储每个节点的入度
            int[] indeg = new int[numCourses];
            // 存储答案
            int[] result = new int[numCourses];
            // 答案下标
            int index = 0;

            for (int i = 0; i < numCourses; i++) {
                edges.add(new ArrayList<>());
            }

            for (int[] info : prerequisites) {
                edges.get(info[1]).add(info[0]);
                indeg[info[0]]++;
            }

            Queue<Integer> queue = new LinkedList<>();
            // 将所有入度为 0 的节点放入队列中
            for (int i = 0; i < numCourses; i++) {
                if (indeg[i] == 0) {
                    queue.offer(i);
                }
            }
            while (!queue.isEmpty()) {
                // 从队首取出一个节点
                int u = queue.poll();
                // 放入答案中
                result[index++] = u;
                for (int v : edges.get(u)) {
                    indeg[v]--;
                    // 如果相邻节点 v 的入度为 0，就可以选 v 对应的课程了
                    if (indeg[v] == 0) {
                        queue.offer(v);
                    }
                }
            }
            if (index != numCourses) {
                return new int[0];
            }
            return result;
        }
    }
}
